铬铝硅合金靶材及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种铬铝硅合金靶材及其制备方法。该合金靶材按原子百分比由以下成分组成：铬5-75%，铝10-90%，硅1-20%。其制备方法包括：制备合金粉末、冷等静压处理、脱气处理、热等静压处理以及机加工步骤。本发明专利技术的铬铝硅合金靶材具有致密度高、无气孔和偏析，组织均匀，晶粒细小等优点，适用于多种刀具、模具涂层溅射使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于粉末冶金制备领域，特别涉及一种铬铝硅合金靶材及其制备方法。 
技术介绍
自从20世纪60年代以来，经过近半个世纪的发展，刀具表面涂层技术已经成为提升刀具性能的主要方法。刀具表面涂层，主要通过提高刀具表面硬度，热稳定性，降低摩擦系数等方法来提升切削速度，提高进给速度，从而提高切削效率，并大幅提升刀具寿命。 刀具、工模具涂层经历了TiN、TiAlN等多个阶段，逐渐转化为CrN、CrAlN涂层，来提高工具、模具的耐磨性能。目前已经开发出纯铬或者铬铝合金靶材来制备这种膜层。CrAlN膜是采用铬铝合金靶材经过真空溅射镀在材料表面，该膜层可以达到2000HV以上的硬度，摩擦系数0.3，使用温度在700℃，具有银色的外观，应用领域十分广泛。因此，使用纯铬或铬铝合金靶材制备的CrN、CrCN、CrAl（CN）等膜层，可大大提高刀具、工模具的使用性能；研究表明，铬在涂层中明显提高其显微硬度，使其使用温度大幅提高。 目前生产靶材主要有真空熔炼浇铸、热压、热等静压三种工艺。真空熔炼浇铸工艺生产靶材浇铸过程中容易产生缩孔、疏松和宏观偏析，同时合金中成分与组织的均匀性难以保证。热压工艺生产靶材难以实现尺寸大型化，同时热压靶材内部密度分布不均匀，中部与边缘密度有一定差别，难以获得高质量、密度均匀的靶材，如公开号为CN102363215A的中国专利申请所公开的铬铝合金靶材的粉末真空热压烧结制备方法。热等静压法工艺生产靶材，容易获得均匀细晶结构，靶材密度均匀，能实现大尺寸靶材的生产，可制得性能优异的三元合金溅射靶材。 铬铝硅三元合金靶材生产技术难度大，因此有关其研究的文献较少，专 利技术更鲜有之。 
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种铬铝硅合金靶材，该靶材通过铬、硅元素的介入，可提高所得涂层的硬度、抗高温氧化性； 本专利技术的另一目的在于提供一种上述铬铝硅合金靶材的制备方法。该方法可以实现高品质三元合金铬铝硅靶材的制备，而且制备的靶材具有良好的致密性，无气孔、无疏松和偏析，成分均匀，晶粒细小，规格尺寸大的特点。 为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案： 一种铬铝硅合金靶材，按原子百分比由以下成分组成：铬5-75%，铝10-90%，硅1-20%。 优选地，上述铬铝硅合金靶材按原子百分比由以下成分组成：铬40%，铝50%，硅10%。 上述铬铝硅合金靶材的相对密度超过99%，平均晶粒尺寸不大于100μm。 上述铬铝硅合金靶材的制备方法，包括以下步骤： 步骤一，合金粉末的制备； 步骤二，对制备好的所述合金粉末进行冷等静压处理； 步骤三，对所述冷等静压处理后的料坯进行脱气处理； 步骤四，对所述脱气处理后的料坯进行热等静压处理； 步骤五，对所述热等静压处理后的料坯进行机加工，清洗后得到所需要的成品合金靶材。 在上述制备方法中，所述合金粉末的制备没有特别说明时可以采用本领域常规的方法，即采用本领域常规方法将原料制成合金粉末。作为一种优选方式，在所述步骤一中，所述合金粉末的制备可以是采用雾化制粉方法制备合金粉末或者在混料机中直接将平均粒径符合要求的原料进行混合来制备合金粉末。当采用混料机进行原料的混合时，更优选为于真空或惰性气体保护条件下在V型混料机中混合3-5h。 在上述制备方法中，作为一种优选方式，在所述步骤一中，所述合金粉末的平均粒径为30-150μm，示例性地，平均粒径可以为30-50μm、60-70μm、120-140μm、80-100μm、50μm、90μm、100μm、145μm。制备所述合金粉 末所用的原料金属铬的纯度优选为99.5%以上、金属铝的纯度优选为99.5%以上、硅的纯度优选为99.9%以上。 在上述制备方法中，作为一种优选方式，在所述步骤二中，在20-200MPa压力下进行冷等静压处理，保压时间为10-30min。示例性地，所述冷等静压处理时的压力可以为22MPa、30MPa、40MPa、50MPa、65MPa、100MPa、140MPa、155MPa、168MPa、180MPa、190MPa；保压时间可以为10min、13min、15min、18min、20min。 在上述制备方法中，作为一种优选方式，在所述步骤三中，所述脱气处理的温度为300-500℃，脱气时间为5-30h。示例性地，所述温度可以为305℃、320℃、350℃、370℃、400℃、425℃、450℃、480℃、495℃；所述脱气时间可以为5h、10h、20h、25h、28h。更优选地，所述脱气处理时的真空度控制在10-1Pa～10-4Pa，示例性地，真空度可以为10-1Pa、10-2Pa、10-3Pa、10-4Pa。 在上述制备方法中，作为一种优选方式，在所述步骤四中，所述热等静压处理的保温温度为800-1300℃，保温时间为2-5h，压力为120-150MPa。示例性地，所述保温温度可以为805℃、850℃、920℃、1050℃、1230℃、1296℃；所述保温时间可以为2h、3h、4.5h、5h；所述压力可以为123MPa、134MPa、138MPa、145MPa、148MPa、150MPa。 在上述制备方法中，各种优选方式可以自由组合。 相比于现有技术而言，本专利技术具有如下有益效果： （1）本专利技术的铬铝硅合金靶材具有致密度高、无气孔和偏析，组织均匀，晶粒细小等优点，相对密度超过99%，平均晶粒尺寸不大于100μm。该靶材适用于多种刀具、模具涂层溅射使用。使用该类靶材所生产涂层，其硬度可达到35GPa，氧化温度可大大提高到1050℃，更适合于铝、不锈钢等粘附性强的材料高速、干式切削加工。 （2）本专利技术通过元素硅的加入，制得铬铝硅三元合金靶材，该靶材可以改善合金涂层的耐磨性能，提高涂层高温抗氧化性能。 （3）本专利技术方法实现了高品质三元合金铬铝硅靶材的制备。 附图说明图1是本专利技术实施例2得到的靶材的显微组织图。 具体实施方式以下通过具体实施例更进一步地描述本专利技术，但本专利技术不限于此。 实施例1 本实施例提供的铬铝硅合金靶材由以下原子百分比的成分组成：铬30%，铝60%，硅10%，对应的质量百分比为铬45.1%，铝46.8%，硅8.1%。 其制备方法，包括以下步骤： 步骤一，按照上述靶材成分的设计要求称取纯度为99.5%的金属铬45.1份、纯度为99.7%的金属铝46.8份和纯度为99.9%的金属硅8.1份，采用雾化制粉工艺制得平均粒径为40μm的合金粉末。 其中雾化制粉工艺是采用电弧熔化方法进行金属熔化，并采用惰性气体-金属雾化制粉方法制备上述合金粉末。 步骤二，将所得合金粉末装入冷等静压成型模具中，在200MPa的压力下进行冷等静压处理，保压时间为30min。 步骤三，将冷等静压处理后的料坯装入尺寸合适的不锈钢包套中，将包套放置在脱气设备中进行脱气处理，加热温度为500℃，保温时间为20h，保本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铬铝硅合金靶材，其特征在于，按原子百分比由以下成分组成：铬5‑75%，铝10‑90%，硅1‑20%。

【技术特征摘要】
1.一种铬铝硅合金靶材，其特征在于，按原子百分比由以下成分组成：
铬5-75%，铝10-90%，硅1-20%。
2.根据权利要求1所述的铬铝硅合金靶材，其特征在于，按原子百分
比由以下成分组成：铬40%，铝50%，硅10%。
3.根据权利要求1所述的铬铝硅合金靶材，其特征在于，所述合金靶
材的相对密度超过99%，平均晶粒尺寸不大于100μm。
4.权利要求1-3任一所述铬铝硅合金靶材的制备方法，其特征在于，包
括以下步骤：
步骤一，合金粉末的制备；
步骤二，对制备好的所述合金粉末进行冷等静压处理；
步骤三，对所述冷等静压处理后的料坯进行脱气处理；
步骤四，对所述脱气处理后的料坯进行热等静压处理；
步骤五，对所述热等静压处理后的料坯进行机加工，清洗后得到所需要
的成品合金靶材。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，
所述合金粉末是采用雾化制粉方法制备的或者在混料机...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凤戈，唐培新，姚伟，张路长，姜海，赵雷，高明，
申请(专利权)人：安泰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11